Новая эпигенетическая модификация помогает клеткам оставаться стволовыми

Чтобы поддержать стволовые гены в активном состоянии, клетки используют цитруллиновую модификацию гистонов, из-за которой эти белки вынуждены уйти с ДНК и открыть нужные гены для транскрипции.

Стволовые клетки отличаются от обычных набором активных генов. Гены специализации у них молчат, зато активны те, что поддерживают клетки в постоянном делении. И наоборот: у специализированных клеток «стволовые» гены должны помалкивать. Но при этом у стволовых клеток гены дифференцировки обязаны быть всегда под рукой, чтобы по первому же сигналу начать превращать клетку в специализированную.

Как держать одни гены активными, а другие — нет? Надо по-разному упаковывать их с белками гистонами. Известно, что ДНК в ядре находится в комплексе с гистонами, образуя хроматин, и от степени конденсации хроматина зависит доступность генов на том или ином участке ДНК: если хроматин сильно конденсирован и если ДНК плотно упакована, то молекулярные машины для синтеза РНК до неё просто не доберутся.

Человеческие плюрипотентные стволовые клетки (фото Dennis Kunkel Microsopy, Inc.).

Поэтому, возвращаясь к стволовым и специализированным клеткам, можно сказать, что они различаются распределением плотно и неплотно упакованной ДНК. На плотность упаковки влияют модификации гистонов: эти белки подвергаются метилированию, ацетилированию, убиквитинилированию и т. д., после чего иначе ведут себя с ДНК.

Международной команде исследователей из Каролинского института (Швеция), Кембриджа (Великобритания) и других научных центров удалось найти ещё одну модификацию гистонов — с помощью аминокислоты цитруллина. В белках он появляется в результате превращения аминокислоты аргинина, и об этой реакции известно давно; считается, что цитруллинизация белков может вести к разным болезням, от аутоиммунных до нейродегенеративных. Цитруллин находили и в гистонах и даже предполагали, что он как-то связан с регуляцией транскрипции, однако до поры до времени это оставалось гипотезой.

И вот сейчас наконец-то удалось точно установить, зачем нужен цитруллин в гистонах. Оказывается, как пишут исследователи в Nature, цитруллиновая модификация гистонов помогает плюрипотентным стволовым клеткам поддерживать в себе способность делиться и превращаться в разные типы клеток. Цитруллин уменьшает положительный заряд на гистонах, из-за чего им приходится покинуть отрицательно заряженную ДНК. В результате в клетке остаются активными именно те гены, которые удерживают её в стволовом состоянии.

Можно было ожидать, что цитруллин имеет отношение к эпигенетическим модификациям, то есть что он не просто так сидит в гистонах, а влияет на активность генов. Однако особая важность полученных результатов в том, что эта модификация воздействует на функционал не просто каких-нибудь генов, а именно тех, что поддерживают клетку в стволовом виде. В общем, не исключено, что эти данные в скором времени будут использованы в практических целях, для получения и поддержания устойчивых линий «всемогущих» стволовых клеток.

Подготовлено по материалам Каролинского института. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич